利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)評(píng)價(jià)三缸機(jī)缸內(nèi)做功能力的研究

摘要： 快速診斷內(nèi)燃機(jī)各缸均勻性有利于為缸內(nèi)燃燒過(guò)程控制提供信息，進(jìn)而改善內(nèi)燃機(jī)工作性能。以三缸機(jī)為例，對(duì)利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)做功能力的方法進(jìn)行了研究。分析了瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的獲取及濾波方法，研究了影響缸內(nèi)做功能力評(píng)價(jià)的各種因素。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析得出：利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速推求的是內(nèi)燃機(jī)輸出的有效扭矩，其與缸內(nèi)產(chǎn)生的指示扭矩有一定的偏差，這個(gè)偏差隨內(nèi)燃機(jī)工況的不同而不同；在計(jì)算中，往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的慣性力及對(duì)當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響可以忽略；由瞬時(shí)轉(zhuǎn)速推求的扭矩離散度較大，平均處理后可用于評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)各缸做功能力。

關(guān)鍵詞： 柴油機(jī)；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速；工作均勻性；扭矩；做功

DOI： 10.3969/j.issn.1001 2222.2025.01.012

中圖分類號(hào)：TK421" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B" 文章編號(hào)： 1001 ２２２２（２０25）０1 ００82 ０7

多缸內(nèi)燃機(jī)各缸工作不均勻會(huì)影響其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等性能，引起振動(dòng)并加劇零部件磨損^{［1 2］}。隨著排放法規(guī)日益嚴(yán)苛，探索一種能快速診斷各缸均勻性的方法，為缸內(nèi)燃燒過(guò)程控制提供信息是有實(shí)用價(jià)值的。圍繞各缸工作均勻性的診斷，國(guó)內(nèi)的學(xué)者們進(jìn)行過(guò)諸多探索，認(rèn)為利用曲軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)診斷各缸工作均勻性，據(jù)此進(jìn)行反饋控制是一種較好的途徑^{［3 10］}。但是瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的波動(dòng)狀況受諸多因素的影響，其與缸內(nèi)燃燒過(guò)程之間并不是簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系。本研究以三缸柴油機(jī)為例，針對(duì)如何能合理地利用瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)診斷內(nèi)燃機(jī)做功能力進(jìn)行了分析。

1 利用轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)做功能力

1.1 理論依據(jù)

內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，扭矩輸出是周期性變化的，平均值與負(fù)載阻力矩相平衡。隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)，內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩有可能大于或小于由其所帶動(dòng)的阻力矩，因而內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速也呈波動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)基本定律，扭矩的變化與曲軸角速度的波動(dòng)之間有如下關(guān)系^［11］：

TE-TR=Idωdt。（1）

式中：TE為內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩；TR為負(fù)載阻力矩；I為內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；dω/dt為曲軸的角加速度。

由式（1）可知，如果能測(cè)取曲軸旋轉(zhuǎn)速度，并計(jì)算得到其角加速度，則可根據(jù)角加速度的變化間接評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)扭矩的變化，由此可以評(píng)價(jià)多缸機(jī)各缸做功能力的差異。

圖1示出了內(nèi)燃機(jī)活塞受力的傳播路徑示意圖。作用在活塞上的力pp包括作用在活塞上的氣體作用力pg和活塞連桿系統(tǒng)的慣性力pj。

pp=pg+pj。（2）

考慮到dω/dt=（dω/dφ）·（dφ/dt），dφ/dt=nπ/30，以及ω=nπ/30，對(duì)于多缸機(jī)則有：

∑ii=1pgi+pjirsinφ+βcosβηm-TR=π30²Indndφ。（3）

式中：ηm為機(jī)械效率；i為內(nèi)燃機(jī)缸數(shù)；n為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速；r為曲柄半徑；φ為曲軸轉(zhuǎn)角；β為連桿擺動(dòng)角，可據(jù)連桿比λ由式（4）計(jì)算得到：

β=asin（λsinφ）。（4）

對(duì)固定工況，ηm可視為常數(shù)，本研究的目標(biāo)是評(píng)估缸內(nèi)做功能力，暫時(shí)忽略ηm的影響。因此，由氣缸壓力產(chǎn)生的指示扭矩與飛輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系可近似描述為

∑ii=1pgirsinφ+βcosβ-TR=π30²Indndφ-∑ii=1pjirsinφ+βcosβ。（5）

由式（5）可知，內(nèi)燃機(jī)曲軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的導(dǎo)數(shù)反映的是內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩與阻力矩之差，利用瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)不能直接描述某一缸的做功情況，同時(shí)，其關(guān)系還受到活塞組慣性力產(chǎn)生的扭矩分量的影響。

1.2 轉(zhuǎn)速信號(hào)的獲取

本研究所用數(shù)據(jù)來(lái)自于一臺(tái)三缸舷外增壓柴油機(jī)的測(cè)試結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)的缸徑為80 mm，行程為92 mm，連桿長(zhǎng)度為144 mm，標(biāo)定轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，活塞連桿組的質(zhì)量約為1.664 kg，飛輪齒圈齒數(shù)為89。試驗(yàn)時(shí)，柴油機(jī)通過(guò)下裝與測(cè)功機(jī)相連。記錄內(nèi)燃機(jī)某一曲軸轉(zhuǎn)角Δφ所用時(shí)間ΔT，則曲軸在Δφ內(nèi)的平均速度n為^{［12 14］}

n=Δφ6ΔT。（6）

當(dāng)Δφ值較小時(shí)， n可視為該時(shí)刻的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。ΔT可以由計(jì)數(shù)器記錄轉(zhuǎn)角信號(hào)之間的時(shí)間得到，也可利用數(shù)據(jù)采集卡直接采集磁電傳感器產(chǎn)生的飛輪齒圈信號(hào)，依據(jù)每個(gè)齒圈信號(hào)范圍內(nèi)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)和采樣頻率求出（見圖2）。由于采樣頻率有限，為了提高ΔT計(jì)算精度，應(yīng)用中需要通過(guò)插值獲得每個(gè)齒掠過(guò)磁電傳感器所用的時(shí)間ΔT。

利用采集卡采集齒圈信號(hào)計(jì)算瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，不需要另外的設(shè)備，方便易行，并且可準(zhǔn)確地體現(xiàn)各缸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)情況，從中得到的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)工況信息可反映發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的不均勻性。

由于振動(dòng)等原因，利用齒圈信號(hào)內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)和采集頻率獲取的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速曲線存在很強(qiáng)的干擾，依據(jù)式（5）計(jì)算內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩時(shí)，不僅需要轉(zhuǎn)速，還需要轉(zhuǎn)速的變化率。因此，轉(zhuǎn)速信號(hào)要先進(jìn)行濾波處理，以消除各種干擾。為此，選擇了6階巴特沃斯低通濾波器對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行濾波處理^［15］。

圖3示出了濾波前后的轉(zhuǎn)速曲線對(duì)比。圖3a示出濾波前的轉(zhuǎn)速信號(hào)和采用不同歸一化截止頻率設(shè)計(jì)濾波器濾波后的效果。不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)速信號(hào)濾波效果表明，歸一化截止頻率取12～14，能獲得較理想的濾波效果。圖3b對(duì)比了歸一化截止頻率取12時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下濾波前后的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波形，證明了所用濾波器的有效性。

2 內(nèi)燃機(jī)各缸做功能力的評(píng)價(jià)參數(shù)

有很多參數(shù)可用于評(píng)價(jià)缸內(nèi)燃燒過(guò)程組織的優(yōu)劣，如平均指示壓力、峰值壓力及其出現(xiàn)位置、最大壓升率及其出現(xiàn)位置，以及根據(jù)缸內(nèi)壓力進(jìn)行放熱計(jì)算得到的著火點(diǎn)、燃燒持續(xù)期等。由式（5）可知，扭矩對(duì)轉(zhuǎn)角的積分即為輸出功，其離散形式如式（7）所示。

W=∑φ1φ=φ0pgirsinφ+βcosβΔφ。（7）

式中：φ0，φ1分別表示對(duì)扭矩積分所用的起始和終止曲軸轉(zhuǎn)角。

本研究旨在探索如何利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)各缸做功能力的差異，并不關(guān)注各缸扭矩的具體數(shù)值。為了便于應(yīng)用，研究中直接選用某一曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（φ0～φ1）扭矩?cái)?shù)據(jù)的累加值表征缸內(nèi)工作過(guò)程的優(yōu)劣。

3 基于飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)做功能力 的影響因素

由式（5）可知，利用瞬時(shí)轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)缸內(nèi)做功能力時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性受諸多因素制約。

3.1 多缸機(jī)各缸之間的影響

圖4示出了4 000 r/min，107 N·m下三缸增壓柴油機(jī)各缸缸內(nèi)壓力信號(hào)的疊加情況。

圖4a示出通過(guò)采集卡采集的缸內(nèi)壓力信號(hào)計(jì)算得到的3個(gè)缸的示功圖。圖4b示出了1缸壓縮上止點(diǎn)附近其他兩缸的缸內(nèi)壓力變化。增壓器的存在提升了2缸、3缸進(jìn)氣、排氣過(guò)程中的缸內(nèi)壓力。圖4c和圖4d示出了據(jù)缸內(nèi)壓力計(jì)算得到的三缸機(jī)指示扭矩疊加的變化及2缸、3缸扭矩在1缸壓縮上止點(diǎn)附近的疊加情況。在1缸壓縮上止點(diǎn)附近，2缸、3缸缸內(nèi)壓力產(chǎn)生的扭矩為負(fù)值，使得內(nèi)燃機(jī)實(shí)際輸出扭矩低于1缸單獨(dú)作用時(shí)的扭矩。圖4d還示出了2缸、3缸輸出扭矩與1缸輸出扭矩的比值。在370°之前，由于1缸對(duì)應(yīng)的力臂較小，產(chǎn)生的扭矩值較小，2缸、3缸的影響更加明顯；隨著活塞下行，1缸輸出扭矩增加，達(dá)到最大值后開始降低。2缸、3缸扭矩與1缸扭矩的比值在上止點(diǎn)后迅速下降，達(dá)到最小值后開始持續(xù)上升。因此，在參考式（7）評(píng)價(jià)某缸做功能力時(shí)，需要選擇合適的扭矩積分所用的起始曲軸轉(zhuǎn)角φ0和終止曲軸轉(zhuǎn)角φ1。

3.2 往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件慣性力的影響

由式（5）可知，利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)做功能力時(shí)，會(huì)受到活塞組件等往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件慣性力的影響。某缸活塞組件的慣性力可用式（8）描述：

pj=mprω2cosφ+λcos2φ。（8）

式中：mp為活塞組當(dāng)量質(zhì)量。

結(jié)合式（5）和式（8），將慣性力影響中僅與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的部分提取出來(lái)，用函數(shù)ψ（φ）表示，可得式（9）：

ψφ=∑ii=1mπr30²（cosφ+λcos2φ）×sinφ+βcosβ。（9）

ψ（φ）與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，是曲軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)，往復(fù)慣性力的影響可表示為

pjφ=ψφn2。（10）

為了方便實(shí)際應(yīng)用，對(duì)于特定的內(nèi)燃機(jī)可以事先用多次函數(shù)對(duì)ψ（φ）函數(shù)進(jìn)行擬合。

圖5a示出了360°～440°范圍內(nèi)，用5次曲線對(duì)ψ（φ）的擬合結(jié)果。由式（10）可知，慣性力的影響隨轉(zhuǎn)速增加呈2次曲線增加。圖5b示出了不同轉(zhuǎn)速下，慣性力產(chǎn)生的扭矩隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化情況。對(duì)比圖5b和圖4c可知，慣性力產(chǎn)生的扭矩?cái)?shù)值較缸內(nèi)壓力產(chǎn)生的扭矩小得多。在390°，慣性力產(chǎn)生的扭矩最大，但此時(shí)缸內(nèi)壓力產(chǎn)生的扭矩也較大；在420°，慣性力的影響為0。

3.3 往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響

內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中，活塞等往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的作用也相當(dāng)于曲軸上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，往復(fù)運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量換算成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的條件是換算前后的動(dòng)能相等^［6］。

往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度為

v=rωsinφ+λ2sin2φ。（11）

故往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能Ep為

Ep=12mpv2=12mpr2ω2sinφ+λ2sin2φ²。（12）

設(shè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量mp的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Ip，則其動(dòng)能Erp可表示為

Erp=12Ipω2。（13）

根據(jù)動(dòng)能相等條件Ep=Erp，則有：

Ip=mpr2sinφ+λ2sin2φ²。（14）

對(duì)于多缸機(jī)，則有：

Ipφ=∑ii=1mpr2sinφi+λ2sin2φi²。（15）

由式（15）可知，往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)H是內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和曲軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)，也可用多次函數(shù)進(jìn)行擬合，以便于實(shí)際應(yīng)用。圖6a示出了一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)三缸柴油機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化情況。圖6b示出了圖6a在360°～450°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的值，以及采用5次函數(shù)擬合的結(jié)果。

3.4 往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)扭矩的影響

為了便于分析，將根據(jù)缸內(nèi)壓力計(jì)算得到的扭矩記為Tp，將根據(jù)式（5）計(jì)算得到的扭矩記為Tn，將式（5）改寫為

Tn=Ifndndφ+Ipφndndφ+pjφ。（16）

試驗(yàn)時(shí)柴油機(jī)通過(guò)下裝和測(cè)功機(jī)相連，因此，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)有別于內(nèi)燃機(jī)本身的參數(shù)。數(shù)據(jù)處理時(shí)沒(méi)有根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)去計(jì)算系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)，而是選擇了一組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用缸內(nèi)壓力曲線計(jì)算得到了360°～450°范圍內(nèi)的指示扭矩曲線，并根據(jù)飛輪齒圈信號(hào)計(jì)算得到了每個(gè)齒間隔內(nèi)的曲軸平均轉(zhuǎn)速，將其視為瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。忽略機(jī)械效率的影響，假設(shè)Tn和Tp相等，采用最小二乘法，推求了式（16）右邊的3項(xiàng)修正系數(shù)，并分別命名為If，Ip和Pj。在以下討論中，數(shù)據(jù)處理都是依據(jù)這組修正系數(shù)。為便于描述，同時(shí)也用If，Ip和Pj代表這3項(xiàng)產(chǎn)生的扭矩分量。

依據(jù)3 000 r/min，120 N·m工況下，通過(guò)采集卡采集到的缸內(nèi)壓力和齒圈信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)式（16）中各項(xiàng)的影響進(jìn)行了分析。

圖7a對(duì)比了360°～430°范圍內(nèi)，據(jù)缸內(nèi)壓力計(jì)算得到的指示扭矩曲線Tp和由If，Ip，Pj不同組合時(shí)計(jì)算得到的扭矩曲線Tn（圖中Tn（If）和Tn（If+Pj）兩條曲線幾乎重合）。圖7b對(duì)比了不同循環(huán)時(shí)，圖7a示出的各扭矩曲線在370°～410°范圍內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的累加值。由圖可見，是否考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的影響，會(huì)改變Tn曲線的幅值及數(shù)據(jù)累計(jì)結(jié)果，但對(duì)Tn，Tp之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系幾乎沒(méi)有影響。不同組合計(jì)算得到的Tn曲線變化規(guī)律一致，在某一固定轉(zhuǎn)速下，不同Tn曲線與Tp曲線的差異均可視為系統(tǒng)偏差。因?yàn)橛筛變?nèi)壓力計(jì)算得到的Tp代表指示扭矩，由轉(zhuǎn)速推求的Tn代表有效扭矩，二者之間相差有機(jī)械損失，而機(jī)械損失隨工況而不同。因此，有價(jià)值的不是根據(jù)式（16）推求的扭矩具體數(shù)值，而是Tn與Tp之間的關(guān)系。由此可知，在實(shí)際應(yīng)用中可以不考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的影響，以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。

4 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

為了盡量避免其他缸的影響，突出當(dāng)前做功缸的輸出扭矩，需要合理選擇扭矩積分的起始角φ0和終止角φ1。采用3 000 r/min，120 N·m工況下的一組數(shù)據(jù)，計(jì)算得到了不同循環(huán)時(shí)的Tp，并根據(jù)式（16）計(jì)算得到了相應(yīng)的Tn，選擇不同的積分范圍φ0，φ1，統(tǒng)計(jì)了扭矩累加值。根據(jù)式（17）計(jì)算了Tn和Tp累加值之間的相關(guān)系數(shù)r。

r=∑ii=1Tpi-TpTni-Tn ∑ii=1Tpi-Tp²∑ii=1Tni-Tn²。（17）

式中：Tp ，Tn 分別為Tp，Tn的平均值；i為循環(huán)數(shù)。

由圖8統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見，對(duì)370°～410°內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加效果較好。

圖9分別示出了轉(zhuǎn)速3 000 r/min，扭矩61 N·m，63 N·m，72 N·m，74 N·m工況下和轉(zhuǎn)速4 000 r/min，扭矩80 N·m，106 N·m，107" N·m，108 N·m工況下， Tp累加值和Tn累加值之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)累加范圍為370°～410°。圖中同時(shí)對(duì)比了不考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量影響及考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量影響時(shí)的效果。宏觀上看，Tp與Tn之間存在一定的比例關(guān)系，但離散度較大。尤其是4 000 r/min對(duì)應(yīng)的工況，數(shù)據(jù)點(diǎn)的離散已經(jīng)掩蓋了工況差異。而是否考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的影響，不影響Tp與Tn之間的關(guān)系。

圖10示出了3 000 r/min，120 N·m工況下不同循環(huán)時(shí)的Tp和Tn累加值。由圖可見，Tp與 Tn累加值均存在一定的波動(dòng)，但Tn累加值的標(biāo)準(zhǔn)差是Tp累加值標(biāo)準(zhǔn)差的2.8倍。逐個(gè)循環(huán)對(duì)比看，盡管有些循環(huán)下Tp與 Tn的波動(dòng)趨勢(shì)不對(duì)應(yīng)，但大多循環(huán)下Tn與 Tp之間的變化趨勢(shì)還是有一定的相似性。

選擇4 000 r/min，108 N·m工況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，結(jié)果如圖11所示。

圖11a示出了處理前的原始數(shù)據(jù)，圖11b示出了數(shù)據(jù)平均值及標(biāo)準(zhǔn)差隨求平均時(shí)所用循環(huán)個(gè)數(shù)的變化。由圖可見，采用30個(gè)以上循環(huán)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，即可得到較為穩(wěn)定的結(jié)果。

圖12示出了對(duì)圖9中扭矩采用30個(gè)循環(huán)平均后的結(jié)果，圖中也對(duì)比了往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的影響。由圖可見，平均處理后，可以明確識(shí)別出每個(gè)轉(zhuǎn)速所用4組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)工況的差異，但Tn和Tp之間的關(guān)系不是固定的。兩個(gè)轉(zhuǎn)速相應(yīng)的工況中，扭矩的最小差異均為2 N·m，分別對(duì)應(yīng)0.6 kW和0.8 kW功率。

圖12表明，由于機(jī)械效率的影響，不同工況下Tn與 Tp之間的關(guān)系不是固定的，但在同一工況下，Tn與 Tp之間的關(guān)系還是確定的。不考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的影響，只影響Tn的數(shù)值，不影響Tn與 Tp之間的關(guān)系?？梢哉J(rèn)為，利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的變化推求內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩，用于評(píng)價(jià)各缸的做功能力是可行的，但應(yīng)限于穩(wěn)定工況內(nèi)各缸之間進(jìn)行比較。在應(yīng)用中，可以不考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的影響，僅考慮飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即可，即：

Tp=Ifndndφ。（18）

5 結(jié)論

a） 利用內(nèi)燃機(jī)飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速推求的扭矩是有效扭矩，與反映缸內(nèi)工作狀態(tài)的指示扭矩之間的關(guān)系受機(jī)械效率的影響，不同工況下二者之間的偏差不同；

b） 忽略活塞、連桿部件等往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的影響，不影響利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)缸內(nèi)做功能力的有效性；

c） 由于存在燃燒循環(huán)變動(dòng)，利用飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速推求的有效扭矩評(píng)價(jià)缸內(nèi)做功能力時(shí)，應(yīng)采用多循環(huán)平均值作為依據(jù)。

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Evaluation of In cylinder Work Capacity for Three cylinder Engine Using Flywheel Instantaneous Speed Signal

ZHANG Zhijun1，WANG Shangxue1，CHEN Jinbing1，CHENG Yong2，YIN Wei2

（1.China North Engine Research Institute（Tianjin），Tianjin 300406，China；2.School of Energy and Power Engineering，Shandong University，Jinan 250061，China）

Abstract： Rapid diagnosis of the homogeneity of each cylinder in an internal combustion engine is beneficial to provide the control information of in cylinder combustion process in order to improve the working performance of internal combustion engine. For a three cylinder diesel engine， the method" was studied that used the instantaneous speed signal of flywheel to evaluate the in cylinder work capacity of the internal combustion engine. The acquisition and filtering methods of instantaneous speed signal were analyzed， and various factors that affected the in cylinder work capacity evaluation were studied. According to the analysis of the measured data， the instantaneous speed of flywheel was used to estimate the effective torque output of internal combustion engine， which had a certain deviation from the indicated torque generated in the cylinder. This deviation varied with the operating conditions of internal combustion engine. In the calculation， the inertial force generated by the reciprocating motion components and the effect on the equivalent rotational inertia could be ignored. The torque dispersion derived from the instantaneous speed was large， which could be used for evaluating the in cylinder work capacity of each cylinder after average processing.

Key words： diesel engine;instantaneous speed;operation uniformity;torque;work

［編輯： 姜曉博］